本實(shí)用新型涉及空氣質(zhì)量檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種微型多維傳感器。

背景技術(shù)：

霧霾的日益加劇，使得人們?cè)絹碓揭庾R(shí)到環(huán)境的重要性。目前通過建立針對(duì)城市空氣中多目標(biāo)氣體的快速、準(zhǔn)確、可靠的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)城市空氣基本安全參數(shù)及狀況已迫在眉睫。

由于環(huán)境空氣背景復(fù)雜，含有CO、CO2、SO2、氮化物、苯、甲苯等有毒有害氣體，而市場(chǎng)上的通用檢測(cè)器(PID、FID、SAW等)，其氣體響應(yīng)范圍都存在盲區(qū)，如PID、FID對(duì)CO、CO2、SO2、氮化物等不響應(yīng)，且本身不具備抗干擾能力，這些缺陷使得這些通用型檢測(cè)器很難在這種寬譜范圍的復(fù)雜環(huán)境普及應(yīng)用。

金屬氧化物檢測(cè)器是色譜領(lǐng)域中非常重要且應(yīng)用廣泛的一種檢測(cè)器，這種檢測(cè)器能檢測(cè)的氣體種類很多，可根據(jù)氣體成分更換相應(yīng)的敏感膜，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)該氣體的快速檢測(cè)。

但傳統(tǒng)的金屬氧化物檢測(cè)器，由于金屬冒的封裝形式，其死體積特別大，這就大大降低了其響應(yīng)速度及檢測(cè)靈敏度。而且，傳統(tǒng)的金屬氧化物檢測(cè)器，由于敏感膜單一，因此其檢測(cè)的氣體組分(或種類)非常有限，而且由于封裝的局限，檢測(cè)器的死體積非常大，極大影響了檢測(cè)器的響應(yīng)靈敏度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本實(shí)用新型提供了一種微型多維傳感器，本實(shí)用新型提供的微型多維傳感器能夠提高氣體檢測(cè)靈敏度，同時(shí)擴(kuò)大氣體檢測(cè)范圍。

具體地，本實(shí)用新型提供了以下技術(shù)方案：

一種微型多維傳感器，包括：

基底以及設(shè)置在基底上的第一絕緣層；

所述第一絕緣層上設(shè)置有加熱層；

所述加熱層上設(shè)置有第二絕緣層；

所述第二絕緣層上設(shè)置有電極層，所述電極層包括N個(gè)相互獨(dú)立的電極，所述N個(gè)相互獨(dú)立的電極在沿所述電極層的水平方向上依次間隔分布，N≥3；

所述電極層上設(shè)置有敏感層，所述敏感層包括N-1個(gè)相互獨(dú)立的敏感膜；所述N-1個(gè)相互獨(dú)立的敏感膜在沿所述敏感層的水平方向上依次間隔分布，且每個(gè)敏感膜覆蓋在相鄰的兩個(gè)電極之上；

其中，所述N-1個(gè)相互獨(dú)立的敏感膜分別采用不同的敏感材料制備，用于檢測(cè)不同的氣體。

進(jìn)一步地，所述加熱層包括N-1個(gè)相互獨(dú)立的加熱器，所述N-1個(gè)相互獨(dú)立的加熱器在沿所述加熱層的水平方向上依次間隔分布，且N-1個(gè)加熱器與N-1個(gè)敏感膜一一對(duì)應(yīng)。

進(jìn)一步地，每個(gè)加熱器在水平方向上的長度大于或等于與之對(duì)應(yīng)的敏感膜在水平方向上的長度，且每個(gè)敏感膜均位于與之對(duì)應(yīng)的加熱器的加熱區(qū)域內(nèi)。

進(jìn)一步地，所述加熱器采用白金Pt制備，所述加熱器的電阻為5～20歐。

進(jìn)一步地，所述敏感材料包括氧化石墨烯、ZnO、SnO、ZrO₃、SnO₂、WO₃、CuO和In₂O₃。

進(jìn)一步地，所述敏感膜為采用一種敏感材料制成的單層膜，或，所述敏感膜為采用兩種或兩種以上的敏感材料制成的復(fù)合膜。

進(jìn)一步地，所述敏感膜采用納米材料制成，所述敏感膜的形狀為納米線、納米管、納米纖維或納米膜。

進(jìn)一步地，所述敏感膜為摻雜敏感膜，所述摻雜物為石墨烯、碳納米管、金屬氧化物和貴金屬中的一種或多種。

進(jìn)一步地，所述摻雜物嵌入在所述敏感膜內(nèi)或覆蓋在所述敏感膜的表面。

由上述技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型提供的微型多維傳感器，由于其敏感層包含多個(gè)敏感膜，而每種敏感膜采用不同的敏感材料制成，因此可以用于檢測(cè)不同的氣體。可見，本實(shí)用新型提供的微型多維傳感器大幅擴(kuò)大了氣體檢測(cè)范圍。同時(shí)，由于本實(shí)用新型提供的微型多維傳感器克服了傳統(tǒng)檢測(cè)器由于封裝局限造成的死體積大、檢測(cè)靈敏度低的缺陷，因此可以大大提高氣體檢測(cè)靈敏度。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的微型多維傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的敏感膜的摻雜物的分布位置示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

圖1示出了本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的微型多維傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖1，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的微型多維傳感器，包括：基底1以及設(shè)置在基底1上的第一絕緣層2；

可以理解的是，所述基底1可以采用硅、玻璃、陶瓷等材料制備，所述第一絕緣層2可以采用氮化硅或氧化硅材料制備。為了減小傳感器的體積，優(yōu)選地，基底的厚度為2～5微米，第一絕緣層的厚度為0.2～2微米。

進(jìn)一步地，所述第一絕緣層2上設(shè)置有加熱層3；

可以理解的是，所述加熱層可以采用白金Pt制備，所述加熱層的電阻為5～20歐，用于為敏感層提供一個(gè)高溫環(huán)境，例如提供的溫度為50-500℃。為了減小傳感器的體積，優(yōu)選地，所述加熱層的厚度為100～300nm。

進(jìn)一步地，所述加熱層3上設(shè)置有第二絕緣層4，可以理解的是，所述第二絕緣層4可以采用氮化硅或氧化硅材料制備。為了減小傳感器的體積，優(yōu)選地，第二絕緣層的厚度為0.2～2微米。

進(jìn)一步地，所述第二絕緣層4上設(shè)置有電極層5，所述電極層5包括N個(gè)相互獨(dú)立的電極，所述N個(gè)相互獨(dú)立的電極在沿所述電極層的水平方向上依次間隔分布，N≥3。為了減小傳感器的體積，優(yōu)選地，所述電極的厚度為100～300nm。

圖1中以N＝4為例，參見圖1，所述電極層5包括4個(gè)相互獨(dú)立的電極，分別為5-1、5-2、5-3和5-4，這4個(gè)相互獨(dú)立的電極在沿所述電極層的水平方向上依次間隔分布。這些電極可以采用金屬材料制備，例如優(yōu)選采用金屬Au制備。

進(jìn)一步地，所述電極層5上設(shè)置有敏感層6，所述敏感層6包括N-1個(gè)相互獨(dú)立的敏感膜；所述N-1個(gè)相互獨(dú)立的敏感膜在沿所述敏感層的水平方向上依次間隔分布，且每個(gè)敏感膜覆蓋在相鄰的兩個(gè)電極之上；所述N-1個(gè)相互獨(dú)立的敏感膜分別采用不同的敏感材料制備，用于檢測(cè)不同的氣體。為了減小傳感器的體積，優(yōu)選地，所述敏感膜的厚度為40～100nm。

參見圖1，所述敏感層6包括3個(gè)相互獨(dú)立的敏感膜，分別為6-1、6-2和6-3，這3個(gè)相互獨(dú)立的敏感膜在沿所述敏感層的水平方向上依次間隔分布，這3個(gè)相互獨(dú)立的敏感膜分別采用不同的敏感材料制備，用于檢測(cè)不同的氣體。

可以理解的是，根據(jù)實(shí)際使用需要可以在所述敏感層6中設(shè)置多個(gè)敏感膜，以用于檢測(cè)多種氣體，例如，所述N可以取值為3，4，5，6，7，8，9，10等。

在一種可選實(shí)施方式中，所述敏感材料包括氧化石墨烯、ZnO、SnO、ZrO₃、SnO₂、WO₃、CuO和In₂O₃。一般地，一種敏感材料用于檢測(cè)一種氣體。

可以理解的是，由于不同的敏感材料對(duì)不同氣體具有高特異性響應(yīng)，因此包含多個(gè)敏感膜的敏感層能夠用于檢測(cè)多種氣體，從而擴(kuò)大了氣體檢測(cè)范圍。

例如，對(duì)于圖1中的敏感膜6-1、敏感膜6-2、敏感膜6-3采用不同的敏感材料制備，如敏感膜6-1采用ZnO制備、敏感膜6-2采用ZrO₃制備、敏感膜6-3采用SnO₂制備，這3個(gè)敏感膜分別用于檢測(cè)不同的氣體。

在一種可選實(shí)施方式中，所述敏感膜可以為采用一種敏感材料制成的單層膜，也可以為采用兩種或兩種以上的敏感材料制成的復(fù)合膜。例如，對(duì)于圖1中敏感膜6-1為采用ZnO制備的單層膜，敏感膜6-2為采用SnO₂和SnO制備的復(fù)合膜。

為了提高敏感膜與氣體的接觸面積及吸附量進(jìn)而提高傳感器的檢測(cè)靈敏度，優(yōu)選地，所述敏感膜采用納米材料制成。具體地，所述敏感膜的形狀可以是納米線、納米管、納米纖維或納米膜。

為了提高敏感膜的選擇性、一致性以及降低敏感膜的工作溫度，優(yōu)選地，所述敏感膜為摻雜敏感膜，所述摻雜物為石墨烯、碳納米管、金屬氧化物(如CuO、In₂O₃、SnO等)和貴金屬(如Pd、Au、Pt等)中的一種或多種。參見圖2，所述摻雜物(摻雜材料)可以嵌入在所述敏感膜內(nèi)，也可以覆蓋在所述敏感膜的表面。例如，在敏感膜的表面沉積一層重金屬Au作為催化材料，其中重金屬Au的重量比可以為5％-20％。

在一種可選實(shí)施方式中，所述加熱層可以為連續(xù)鋪設(shè)的一層加熱層，也可以為包括N-1個(gè)相互獨(dú)立的加熱器的加熱層。

當(dāng)所述加熱層為包括N-1個(gè)相互獨(dú)立的加熱器的加熱層時(shí)，所述N-1個(gè)相互獨(dú)立的加熱器在沿所述加熱層的水平方向上依次間隔分布，且N-1個(gè)加熱器與N-1個(gè)敏感膜一一對(duì)應(yīng)。

參見圖1，圖1所示的加熱層3為包括N-1個(gè)相互獨(dú)立的加熱器的加熱層。圖1中以N＝4為例，即圖1所示的加熱層3包括3個(gè)相互獨(dú)立的加熱器，分別為3-1、3-2和3-3，這三個(gè)加熱器(3-1、3-2和3-3)與三個(gè)敏感膜(6-1、6-2和6-3)一一對(duì)應(yīng)。

可以理解的是，當(dāng)所述加熱層為連續(xù)鋪設(shè)的一層加熱層時(shí)，所述加熱層制作起來較為方便。

可以理解的是，當(dāng)所述加熱層為包括N-1個(gè)相互獨(dú)立的加熱器的加熱層時(shí)，一方面可以節(jié)省制作加熱層的加熱材料，另一方面，還可以獨(dú)立地對(duì)指定的某個(gè)或某些敏感膜進(jìn)行加熱控制，而對(duì)其他的敏感膜不進(jìn)行加熱控制。例如，控制部分加熱器進(jìn)行工作，而其他加熱器不進(jìn)行工作。此外，為每一個(gè)敏感膜分別配置一個(gè)對(duì)應(yīng)的加熱器還有利于保證每個(gè)敏感膜工作溫度的一致，提高每個(gè)敏感膜的穩(wěn)定性。

在一種可選實(shí)施方式中，所述加熱器采用白金Pt制備，所述加熱器的電阻為5～20歐，所述加熱器用于為對(duì)應(yīng)的敏感膜提供一個(gè)高溫環(huán)境，例如提供溫度在50-500℃。

在一種可選實(shí)施方式中，每個(gè)加熱器在水平方向上的長度大于或等于與之對(duì)應(yīng)的敏感膜在水平方向上的長度，且每個(gè)敏感膜均位于與之對(duì)應(yīng)的加熱器的加熱區(qū)域內(nèi)，這樣可以保證加熱器對(duì)相應(yīng)的敏感膜的加熱效果。

由上面記載的技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的微型多維傳感器，由于其敏感層包含多個(gè)敏感膜，而每種敏感膜采用不同的敏感材料制成，因此可以用于檢測(cè)不同的氣體?？梢?，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的微型多維傳感器大幅擴(kuò)大了氣體檢測(cè)范圍。同時(shí)，由于本實(shí)用新型實(shí)施例提供的微型多維傳感器克服了傳統(tǒng)檢測(cè)器由于封裝局限造成的死體積大、檢測(cè)靈敏度低的缺陷，因此可以大大提高氣體檢測(cè)靈敏度。

在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，術(shù)語“上”、“下”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本實(shí)用新型中的具體含義。

還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。